Тепловые потери через ограждения

Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени определяем по формуле:

                                                                  

где F_i – площадь ограждений определенного вида, м²;

K _{т i} – коэффициент теплопередачи соответствующего вида ограждений, Вт/(м²×°С);

t _с – температура среды в камере, °С;

t ₀ – температура наружного по отношению к камере воздуха, °С.

Коэффициент теплопередачи ограждений рассчитываем по формуле:

                                                            

где a_в, a_н – коэффициенты теплообмена внутренних и наружных поверхностей ограждений, Вт/(м²×°С);

d₁, d₂, …, d _n – толщина отдельных слоев ограждений, м;

l₁, l₂, …, l _n – коэффициенты теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м×°С).

На рисунке 3.1 изображен внутренний объем сушильной камеры. Используя рисунок рассчитываем площадь ограждений. Расчет будем производить отдельно для каждого вида ограждений. Вызвано это тем, что толщина ограждений, а также материалы, из которых они изготовлены, могут быть различными.

Рисунок 3.1 – Внутренний объем сушильной камеры

Рассчитываем площадь ограждений:

- пола и перекрытия: F ₁ = F ₂ = L _к · В _к= 12,86 · 9,98 = 128,3 м²;

- двери: F ₃= L _к · Н _д= 12,86 · 5,6 = 45,9 м²;

- боковой стены: F ₄ = В _к · Н _к= 9,98 · 5,6 = 72 м²;

- задней стены: F ₅ = L _к · Н _к= 12,86 · 5,6 = 55,8 м²;

- передней стены: F ₆ = F ₅ – F ₃= 55,8 – 45,9 = 9,98 м².

На рисунке 3.2 показаны принятые конструкции элементов ограждений сушильной камеры Cathild VS1E 180 ACC.

Рисунок 3.2 – Конструкция элементов ограждений сушильной камеры:

а – стен; б – дверей; в – перекрытия;

1 – кирпичная кладка; 2 – цементная штукатурка; 3 – пенопласт ПВ–1; 4 – листовой алюминий (δ = 1,5 мм); 5 – железобетон; 6 – стеклоткань (δ = 2 мм); 7 – керамзитовая засыпка; 8 – воздушная прослойка; 9 – шифер (δ = 5 мм)

 

Необходимые для расчета значения коэффициента теплопроводности материалов, из которых будут сделаны ограждения, определяем по приложению П [1]. Коэффициент теплообмена внутренних и наружных поверхностей ограждений принимаем в соответствии с рекомендациями на с. 49 [1]. Коэффициент теплообмена внутренних поверхностей ограждений принимаем равным α _в =25 Вт/(м²·°С). Для наружных поверхностей ограждений в неотапливаемом помещении α _н = 23 Вт/(м²·°С). Значения всех параметров, нужных для расчета коэффициента теплопередачи, сводим в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2 – Расчет коэффициента теплопередачи

Вид ограждений	Материал	Толщина слоя, мм	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м × °С)	Коэффициент теплообмена поверхности, Вт/(м^2× °С),
				внутренней	наружной
Боковая стена	Кирпичная кладка	380	0,56	25	23
	Цементная штукатурка	20	0,9
Задняя стена Передняя стена	Пенопласт ПВ-1	50	0,041	25	23
	Листовой алюминий	1,5	240
	Пенопласт ПВ-1	50	0,041	25	23
	Листовой алюминий	1,5	240
Перекрытие	Железобетон	200	1,69	25	23
	Стеклоткань	2	0,061
	Керамзит	200	0,18
	Воздух	100	0,034
	Асбестоцементный лист	5	0,35
Дверь	Листовой алюминий	1,5×2	240	25	23
	Пенопласт ПВ-1	100	0,041

 

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для всех видов ограждений:

– перекрытия

 Вт/(м·˚С);

 

– двери

                 Вт/(м·˚С);

– боковой стены

     Вт/(м·˚С);

– задней и передней стен

    Вт/(м·˚С);

Коэффициент теплопередачи пола принимаем равным половине коэффициента теплопередачи боковой стены, следовательно

                      Вт/(м·˚С);

Расчеты показывают, что значения коэффициента теплопередачи всех видов ограждений не превышают 0,7 Вт/(м²× С). Следовательно, камера в дополнительном утеплении не нуждается.

Расчетную температуру наружного воздуха для боковой стены и перекрытия для зимних условий принимаем t ₀ = –20⁰С, для среднегодовых условий с учетом места расположения цеха в Минской области (по приложению М [1]) – t ₀ = 6⁰С. Расчетную температуру наружного воздуха для торцовых стен и двери принимаем равной t ₀ = 18⁰С. Расчетная температура пола для зимних условий составит t ₀ = 2⁰С, среднегодовых – t ₀ = 10⁰С.

Всю информацию, необходимую для расчета тепловых потерь, обобщаем в таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3 – Тепловые потери через ограждения камеры

Наименование ограждений	Площадь, м^2	Коэффициент теплопередачи, Вт/(м×°С)	Температура, °С		Теплопотери, кВт
			средняя в камере	наружная	Qогр i	Qогр
1	2	3	4	5	6	7
Зимние условия
Пол	128,3	0,25	66,35	2	2,06	12,09
Перекрытие	128,3	0,23	66,35	- 20	2,55
Дверь	45,9	0,39	66,35	-20	1,58
Боковая стена	72	0,5	66,35	- 20	3,1
Задняя стена	55,8	0,49	66,35	-20	2,36
Передняя стена	9,9	0,49	66,35	-20	0,42

Продолжение таблицы 3.3

1	2	3		4	5	6	7
Среднегодовые условия
Пол	128,3	0,25	66,35		10	1,8	8,8
Перекрытие	128,3	0,23	66,35		6	1,78
Дверь	45,9	0,39	66,35		6	1,1
Боковая стена	72	0,5	66,35		6	2,17
Задняя стена	55,8	0,49	66,35		6	1,65
Передняя стена	9,9	0,49	66,35		6	0,29

 

Рассчитываем величину теплопотерь через все виды ограждений для зимних и среднегодовых условий:

– перекрытие:

                   кВт;

                     кВт.

– дверь:

                   кВт;

                       кВт.

 

– боковая стена:

                      кВт;

                       кВт.

– задняя стена:

                   кВт;

                      кВт.

– пол:

                     кВт;

                     кВт.

– передняя стена:

                    кВт;

                      кВт.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.3

Суммарные тепловые потери через ограждения сушилки составят:

– для зимних условий

          кВт;

– для среднегодовых условий

            кВт.

Определим удельный расход теплоты на потери через ограждения в пересчете на 1 кг испаряемой влаги (q _огр, кДж/кг) по формуле:

                                                                                        

для зимних условий:

                              кДж/кг;

для среднегодовых условий:

                                  кДж/кг.

В пересчете на 1 м³ расчетных пиломатериалов тепловые потери через ограждения (q՛ _огр, кДж/м³) определяются по формуле:

                                                                                          

для зимних условий:

                            кДж/м³;

 

для среднегодовых условий:

                               кДж/м³.

Суммарный расход теплоты

Определение суммарного удельного расхода теплоты на сушку (q _суш, кДж/кг) также производят для зимних и среднегодовых условий. При этом используют формулу:

                                                                           

где C ₁ – коэффициент, учитывающий дополнительный расход теплоты на начальный прогрев ограждений камеры, транспортных средств, оборудования и др.

Для камер, загрузка и разгрузка которых производится автопогрузчиком,
C ₁ = 1,1–1,2. При этом если камера установлена вне помещения, для расчета используют большие значения коэффициента [1].

Поскольку у нас камеры, в которых разгрузка и загрузка производится автопогрузчиком, то С ₁= 1,2.

Суммарный удельный расход теплоты на сушку составит:

– для зимних условий:

              кДж/кг;

– для среднегодовых условий:

                кДж/кг.

Расчёт расхода теплоты на 1 м³ расчётного материала (q՛ _суш, кДж/м³) выполняем только для среднегодовых условий по формуле:

                                                                                              

                          кДж/м³.

Результаты расчета расхода теплоты на сушку обобщаем в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Расход теплоты на сушку

Статья расхода теплоты	Зимние условия			Среднегодовые условия
	На 1 м^3 древесины, кДж/м^3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг	За 1 с, кВт	На 1 м^3древесины, кДж/м^3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг	За 1 с, кВт
Прогрев материала	854,9	854,9		421,4	421,4	̶
Испарение влаги	969307	2919,6	875,88	929426	2799,5	858
Потери через ограждения	25540,8	76,9	12,09	18600	56	8,8
Расход теплоты на сушку	̶	1194843,5	̶	377861683	1138137,6	̶

Годовой расход тепловой энергии на сушку всего заданного объема пиломатериалов (Э _г, МДж/год и Гкал/год) определяем для среднегодовых условий по формуле

                                                  

где Ф – суммарный объем фактически высушенных (подлежащих сушке) пиломатериалов заданных размеров и пород, м³/год;

  с _t3 – поправочный коэффициент, учитывающий увеличение расхода теплоты при сушке пиломатериалов, сохнущих дольше расчетного материала.

Суммарный объем пиломатериалов, подлежащих сушке, рассчитываем, как сумму объемов всех заданных пиломатериалов.

                   м³/год

Коэффициент с _t3 определяют по таблице 3.4 [1] в зависимости от величины отношения средней продолжительности цикла сушки фактических пиломатериалов (t_ц.ср) к продолжительности цикла сушки расчетного материала (таблица 2.4). Значение t_ц.ср, сут., рассчитывают по формуле

                                                                                                    

где t_{ц. i} – продолжительность цикла сушки заданных пиломатериалов, сут;

 Ф _i – объем заданных пиломатериалов, м³/год.

          сут.

Для расчетного материала определяем отношение τ_ц.ср / τ_ц= 155,9/84,9=1,83, для которого по таблице 3.4 [1] принимаем значение поправочного коэффициента с _t3= 1,168.

Годовой расход тепловой энергии на сушку заданного объема пиломатериалов будет равен

                МДж/год;

           ГДж/год.

Затраты условного топлива (Т_у, т/год), соответствующие рассчитанному расходу тепловой энергии, определяем по формуле 3.31

                                                                                                

где Q _сг – теплота сгорания условного топлива, которая составляет 29 300 МДж/т или 7 Гкал/т.

                         МДж/т.